CN108531743A - 一种从溶铝渣中富集钪钛并回收硅铝钠的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从溶铝渣中富集钪钛并回收硅铝钠的方法，以复杂含钛铝精矿在高温高压高浓度NaOH条件下溶出铝后得到的溶铝渣为原料，采用稀硫酸选择性浸出，得到浸出渣和浸出液；浸出渣经洗涤、烘干后得到富钪钛渣；浸出液在室温条件下静置一定时间后形成凝胶，凝胶经洗涤过滤得到硅凝胶与含铝和钠的溶液；硅凝胶经干燥、焙烧后得到硅胶；含铝和钠的溶液经蒸发结晶得到硫酸铝钠。该方法使硅、铝、钠溶出，而钪、钛留在渣中得到富集，能够高效富集溶铝渣中的钪、钛资源并综合回收硅、铝、钠，从而提高溶铝渣的综合利用率，工艺流程短，简单易操作，成本低，无环境污染，有望实现溶铝渣的大规模资源化利用。

Description

一种从溶铝渣中富集钪钛并回收硅铝钠的方法
技术领域
本发明属于固体废弃物综合利用和矿产资源加工技术领域，具体涉及一种从溶铝渣中富集钪钛并回收硅铝钠的方法。
背景技术
广西某地区发现的特大型多金属硫铁矿，目前探明资源总量已超过2亿吨，伴生丰富的铝、钛、钪、镓、铌和稀土元素等伴生组分。硫铁矿经过选矿后得到铝精矿具有低铁高铝特点，其中铝主要以一水硬铝石形式存在，同时钪和钛等富集在铝精矿中。
中国专利CN107140665A公开了一种复杂含钛铝精矿的溶出方法，该方法在不添加石灰情况下，以高浓度NaOH为溶出剂，低铁铝精矿在高温、高压及搅拌条件下溶出。通过试验可知，在70～120min内，Al2O3的相对溶出率超过90％，同时得到溶出残渣，该渣中的铁和钙含量较低，跟其他普通的赤泥的成分差别较大，故称为溶铝渣。通过对溶铝渣化学成分分析，主要成分有钠硅渣，钠、铝、硅、钛四元复合氧化物和铁氧化物，同时含有少量的钪、铬等元素。可见，富含有价组分的溶铝渣是一种非常宝贵的二次资源，在资源日益匮乏的今天，从溶铝渣中回收有价组分具有重要的经济价值和战略意义，而对于溶铝渣中有价组分的综合回收，尚未见相关的报道。
中国专利CN106884097A、CN106987723A和CN106987724A公开了采用浓硫酸选择性酸浸分别富集钛、回收铝、固化硅的方法，将溶铝渣加水调浆、工业浓硫酸熟化与水浸过程，使渣中钛、钪和铝进入浸出液，硅进入到残渣，在浸出液中加入氨水沉铝，在沉铝后液中加入氨水调节pH值，得到富钛碱渣，经烘干、焙烧后得到富钛渣，其中钛的回收率低于60％。
中国专利CN106987734A公开了一种从低铁铝精矿溶铝渣中富集钪的方法，将溶铝渣加水调浆、工业浓硫酸熟化与水浸过程，使渣中钛、钪和铝进入浸出液，硅进入到残渣，在浸出液中加入氯化钙，得到石膏及氯转化液，在氯转化液中加入氢氧化钠，得到富钪钛渣及铝酸钠溶液，使用硫酸溶液溶解富钪钛渣并水解除钛，最后萃取反萃得到富集后的富钪渣，其中钪的回收率为50％左右。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种从溶铝渣中富集钪钛并回收硅铝钠的方法，使硅、铝、钠溶出，而钪、钛留在渣中得到富集，能够高效富集溶铝渣中的钪、钛资源并综合回收硅、铝、钠，从而提高溶铝渣的综合利用率。
本发明采用的技术方案如下：
一种从溶铝渣中富集钪钛并回收硅铝钠的方法，以稀硫酸作为浸出剂，对溶铝渣选择性浸出，使钪钛富集在渣中，硅、铝、钠溶出，浸出液经静置析晶、洗涤过滤、干燥焙烧得到硅胶，含铝和钠的溶液经蒸发结晶得到硫酸铝钠；浸出条件为：稀硫酸溶液的质量分数为8～14％，反应温度为25～95℃，反应时间为15～90min，液固比为6:1～12:1mL/g，搅拌速度为200～500r/min。
所述溶铝渣为复杂含钛铝精矿在高浓度NaOH、高温、高压及搅拌条件下溶出铝后得到的溶铝渣，所述溶铝渣中主要成分有钠硅渣，钠、铝、硅、钛四元复合氧化物和铁氧化物，同时含有少量的钪、铬元素。
优选地，所述溶铝渣的粉末粒径小于74μm。
上述方法，包括以下步骤：
S1.将溶铝渣干燥、磨细至过分样筛，获得粒径小于74μm的固体粉末，采用稀硫酸对溶铝渣选择性浸出，浸出条件为：稀硫酸溶液的质量分数为8～16％，反应温度为25～95℃，反应时间为15～90min，液固比为6:1～12:1mL/g，搅拌速度为200～500r/min；
S2.将步骤S1得到的浆料进行固液分离，得到浸出渣和浸出液；
S3.将步骤S2得到的浸出渣洗涤、烘干得到富钪钛渣；
S4.将步骤S2得到的浸出液在室温条件下静置2～240h形成凝胶，凝胶经洗涤过滤得到硅凝胶和含铝和钠的溶液；
S5.将步骤S4得到的硅凝胶干燥，500～800℃焙烧3～8h，得到硅胶；
S6.将步骤S4得到的含铝和钠的溶液蒸发结晶得到硫酸铝钠。
本发明的原理如下：
本发明采用的原料为复杂含钛铝精矿在高浓度NaOH、高温、高压及搅拌条件下溶出铝后得到的溶铝渣，溶铝渣中主要成分有钠硅渣，钠、铝、硅、钛四元复合氧化物和铁氧化物，同时含有少量的钪、铬等元素。
采用稀硫酸作为浸出剂，溶铝渣中的硅、部分铝和钠溶解进入到溶液中，钪和钛则不溶解保留在渣中得到富集。浸出液经静置析晶得到凝胶，凝胶经洗涤、过滤分别得到硅凝胶和含铝和钠的溶液，硅凝胶经干燥、焙烧后得到硅胶，含铝和钠的溶液经蒸发结晶得到硫酸铝钠。
在稀硫酸浸出过程中，溶铝渣中的硅、部分铝和钠溶解进入到溶液中，其反应方程式及硅酸的聚合过程如下：
Na8Al6Si6O24(OH)2(H2O)2+13H2SO4→4Na2SO4+3Al2(SO4)3+6H4SiO4+4H2O
H4SiO4+H+→H5SiO4 +
H3Am ++H2An→H3O+ m+n+2H2O
其中Am表示为[Sim(OH)4m+2]2-，An表示为[Sin(OH)4n+2]2-
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用稀硫酸对溶铝渣选择性浸出，通过控制浸出条件，使硅、铝、钠溶出，而钪、钛留在渣中得到富集，能够高效富集溶铝渣中的钪、钛资源并综合回收硅、铝、钠，从而提高溶铝渣的综合利用率，钛的回收率达到90～97％，钪的回收率达到58～78％，硅的回收率达到53～95％，铝的回收率达到53～77％，钠的回收率达到92～95％。
(2)本发明的方法工艺流程短，简单易操作，成本低，无环境污染，有望实现溶铝渣的大规模资源化利用。
(3)本发明得到的富钪钛渣可作为下一步提取钪和钛的原料，硅胶可作为干燥剂、吸附剂和催化剂载体，硫酸铝钠可作为纺织工业的媒染剂，食品工业用作缓冲剂、中和剂、固化剂等。
附图说明
图1为本发明所述的从溶铝渣中富集钪钛并回收硅铝钠的方法的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
①将溶铝渣干燥、磨细至过分样筛，获得粒径小于74μm的固体粉末，采用稀硫酸对溶铝渣选择性浸出，浸出条件为：稀硫酸溶液的质量分数为12％，反应温度为25℃，反应时间为60min，液固比为8:1mL/g，搅拌速度为400r/min；
②将步骤①得到的浆料进行固液分离，得到浸出渣和浸出液；浸出液中硅浸出率为92％，铝浸出率为78.22％，钠浸出率为97.33％；
③将步骤②得到的浸出渣采用蒸馏水洗涤，在120℃条件下烘干得到富钪钛渣；富钪钛渣中TiO2的含量为44.08％，Sc的含量为0.020％。
④将步骤②得到的浸出液在室温条件下静置120h形成凝胶，向凝胶中加入适量蒸馏水，经搅拌、洗涤过滤，得到硅凝胶和含铝和钠的溶液；
⑤将步骤④得到的硅凝胶干燥，500℃焙烧8h后得到硅胶；
⑥将步骤④得到的含铝和钠的溶液蒸发结晶得到硫酸铝钠。
从溶铝渣算起，钛的回收率为93.62％，钪的回收率为74.43％，硅的回收率为85.23％，铝的回收率为75.11％，钠的回收率为94.23％。
实施例2
①将溶铝渣干燥、磨细至过分样筛，获得粒径小于74μm的固体粉末，采用稀硫酸对溶铝渣选择性浸出，浸出条件为：稀硫酸溶液的质量分数为8％，反应温度为95℃，反应时间为60min，液固比为7:1mL/g，搅拌速度为500r/min；
②将步骤①得到的浆料进行固液分离，得到浸出渣和浸出液；浸出液中硅浸出率为57.25％，铝浸出率为56.22％，钠浸出率为93.5％；
③将步骤②得到的浸出渣采用蒸馏水洗涤，在120℃条件下烘干得到富钪钛渣；富钪钛渣中TiO2的含量为29.48％，Sc的含量为0.014％。
④将步骤②得到的浸出液在室温条件下静置2h形成凝胶，向凝胶中加入适量蒸馏水，经搅拌、洗涤过滤，得到硅凝胶和含铝和钠的溶液；
⑤将步骤④得到的硅凝胶干燥，700℃焙烧5h后得到硅胶；
⑥将步骤④得到的含铝和钠的溶液蒸发结晶得到硫酸铝钠。
从溶铝渣算起，钛的回收率为94.21％，钪的回收率为78.42％，硅的回收率为53.33％，铝的回收率为53.25％，钠的回收率为92.31％。
实施例3
①将溶铝渣干燥、磨细至过分样筛，获得粒径小于74μm的固体粉末，采用稀硫酸对溶铝渣选择性浸出，浸出条件为：稀硫酸溶液的质量分数为16％，反应温度为35℃，反应时间为15min，液固比为6:1mL/g，搅拌速度为300r/min；
②将步骤①得到的浆料进行固液分离，得到浸出渣和浸出液；浸出液中硅浸出率为94.23％，铝浸出率为82.21％，钠浸出率为97.43％；
③将步骤②得到的浸出渣采用蒸馏水洗涤，在120℃条件下烘干得到富钪钛渣；富钪钛渣中TiO2的含量为34.20％，Sc的含量为0.014％。
④将步骤②得到的浸出液在室温条件下静置240h形成凝胶，向凝胶中加入适量蒸馏水，经搅拌、洗涤过滤，得到硅凝胶和含铝和钠的溶液；
⑤将步骤④得到的硅凝胶干燥，800℃焙烧3h后得到硅胶；
⑥将步骤④得到的含铝和钠的溶液蒸发结晶得到硫酸铝钠。
从溶铝渣算起，钛的回收率为90.31％，钪的回收率为58.40％，硅的回收率为92.05％，铝的回收率为77.22％，钠的回收率为94.52％。
实施例4
①将溶铝渣干燥、磨细至过分样筛，获得粒径小于74μm的固体粉末，采用稀硫酸对溶铝渣选择性浸出，浸出条件为：稀硫酸溶液的质量分数为10％，反应温度为45℃，反应时间为90min，液固比为12:1mL/g，搅拌速度为200r/min；
②将步骤①得到的浆料进行固液分离，得到浸出渣和浸出液；浸出液中硅浸出率为64.02％，铝浸出率为78.11％，钠浸出率为96.85％。
③将步骤②得到的浸出渣采用蒸馏水洗涤，在120℃条件下烘干得到富钪钛渣；富钪钛渣中TiO2的含量为36.39％，Sc的含量为0.016％。
④将步骤②得到的浸出液在室温条件下静置4h形成凝胶，向凝胶中加入适量蒸馏水，经搅拌、洗涤过滤，得到硅凝胶和含铝和钠的溶液；
⑤将步骤④得到的硅凝胶干燥，600℃焙烧7h后得到硅胶；
⑥将步骤④得到的含铝和钠的溶液蒸发结晶得到硫酸铝钠。
从溶铝渣算起，钛的回收率为96.81％，钪的回收率为77.23％，硅的回收率为59.24％，铝的回收率为73.15％，钠的回收率为93.73％。
对比例1
①将溶铝渣干燥、磨细至过分样筛，获得粒径小于74μm的固体粉末，采用稀硫酸对溶铝渣选择性浸出，浸出条件为：稀硫酸溶液的质量分数为5％，反应温度为25℃，反应时间为60min，液固比为8:1mL/g，搅拌速度为400r/min；
②将步骤①得到的浆料进行固液分离，得到浸出渣和浸出液；浸出液中硅浸出率为7.9％，铝浸出率为0％，钠浸出率为24.20％；
③将步骤②得到的浸出渣采用蒸馏水洗涤，在120℃条件下烘干得到酸浸渣；酸浸渣中TiO2的含量为10.06％，Sc的含量为0.0056％，和原溶铝渣相比，未能实现钛、钪的富集；
④将步骤②得到的浸出液在室温条件下静置240小时，因为硅的浸出率较低，没有凝胶形成。
由于稀硫酸溶液的浓度过低，得到的浸出液中硅浓度低，短时间内不能形成硅胶，未能实现硅的利用，铝不浸出，钠浸出少量，未能形成硫酸铝钠盐，钛、钪未实现富集。
对比例2
①将溶铝渣干燥、磨细至过分样筛，获得粒径小于74μm的固体粉末，采用稀硫酸对溶铝渣选择性浸出，浸出条件为：稀硫酸溶液的质量分数为30％，反应温度为25℃，反应时间为60min，液固比为10:1mL/g，搅拌速度为300r/min；
②将步骤①得到的浆料进行固液分离，得到浸出渣和浸出液；浸出液中硅浸出率为0.77％，铝浸出率为86.55％，钠浸出率为94.23％，钛的浸出率为58.91％，钪的浸出率为46.26％；
③将步骤②得到的浸出渣采用蒸馏水洗涤，在120℃条件下烘干得到酸浸渣；酸浸渣中TiO2的含量为5.05％，Sc的含量为0.004512％；
④将步骤②得到的浸出液在室温条件下静置240小时，没有凝胶形成。
由于稀硫酸溶液的浓度较高，得到的浸出液中硅浓度低，不能形成硅胶，未能实现硅的利用。钪、钛主要进入浸出液中，未能实现硅、铝、钠的选择性浸出及浸出渣中钛、钪的富集。
对比例3
①将溶铝渣干燥、磨细至过分样筛，获得粒径小于74μm的固体粉末，采用硫酸对溶铝渣选择性浸出，浸出条件为：硫酸溶液的质量分数为40％，反应温度为60℃，反应时间为30min，液固比为12:1mL/g，搅拌速度为200r/min；
②将步骤①得到的浆料进行固液分离，得到浸出渣和浸出液；浸出液中硅浸出率为0.63％，铝浸出率为83.30％，钠浸出率为92.45％，钛的浸出率为76.81％，钪的浸出率为57.16％；
③将步骤②得到的浸出渣采用蒸馏水洗涤，在120℃条件下烘干得到酸浸渣。酸浸渣中TiO2的含量为3.68％，Sc的含量为0.004096％；
④将步骤②得到的浸出液在室温条件下静置240小时，没有凝胶形成。
由于硫酸溶液的浓度较高，浸出液中硅浓度低，不能形成硅胶，未能实现硅的利用。部分钪和大部分钛主要进入浸出液中，未能实现硅、铝、钠的选择性浸出及浸出渣中钛、钪的富集。
对比例4
①将溶铝渣干燥、磨细至过分样筛，获得粒径小于74μm的固体粉末，采用硫酸对溶铝渣选择性浸出，浸出条件为：硫酸溶液的质量分数为60％，反应温度为95℃，反应时间为15min，液固比为6:1mL/g，搅拌速度为400r/min；
②将步骤①得到的浆料进行固液分离，得到浸出渣和浸出液；浸出液中硅浸出率为0.95％，铝浸出率为90.13％，钠浸出率为95.36％，钛的浸出率为90.36％，钪的浸出率为64.26％
③将步骤②得到的浸出渣采用蒸馏水洗涤，在120℃条件下烘干得到酸浸渣；酸浸渣中TiO2的含量为1.73％，Sc的含量为0.004657％。
④将步骤②得到的浸出液在室温条件下静置240小时，没有凝胶形成。
由于硫酸溶液浓度高，得到的浸出液中硅浓度低，不能形成硅胶，未能实现硅的利用。大部分钪和钛进入浸出液中，未能实现硅、铝、钠的选择性浸出及浸出渣中钛、钪的富集。

Claims (4)

1.一种从溶铝渣中富集钪钛并回收硅铝钠的方法，其特征在于，以稀硫酸作为浸出剂，对溶铝渣选择性浸出，使钪钛富集在渣中，硅、铝、钠溶出，浸出液经静置析晶、洗涤过滤、干燥焙烧得到硅胶，含铝和钠的溶液经蒸发结晶得到硫酸铝钠；浸出条件为：稀硫酸溶液的质量分数为8～16％，反应温度为25～95℃，反应时间为15～90min，液固比为6：1～12:1mL/g，搅拌速度为200～500r/min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶铝渣为复杂含钛铝精矿在高浓度NaOH、高温、高压及搅拌条件下溶出铝后得到的溶铝渣，所述溶铝渣中主要成分有钠硅渣，钠、铝、硅、钛四元复合氧化物和铁氧化物，同时含有少量的钪、铬元素。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶铝渣的粉末粒径小于74μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将溶铝渣干燥、磨细至过分样筛，获得粒径小于74μm的固体粉末，采用稀硫酸对溶铝渣选择性浸出，浸出条件为：稀硫酸溶液的质量分数为8～16％，反应温度为25～95℃，反应时间为15～90min，液固比为6:1～12:1mL/g，搅拌速度为200～500r/min；
S2.将步骤S1得到的浆料进行固液分离，得到浸出渣和浸出液；
S3.将步骤S2得到的浸出渣洗涤、烘干得到富钪钛渣；
S4.将步骤S2得到的浸出液在室温条件下静置2～240h形成凝胶，凝胶经洗涤过滤得到硅凝胶和含铝和钠的溶液；
S5.将步骤S4得到的硅凝胶干燥，500～800℃焙烧3～8h，得到硅胶；
S6.将步骤S4得到的含铝和钠的溶液蒸发结晶得到硫酸铝钠。
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